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Résumé

Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI à Villigen ont développé la première lentille achromatique au monde pour l'imagerie neutronique. La lentille focalise les neutrons de différentes longueurs d'onde sur le même foyer et permet ainsi des images nettes et agrandies avec une résolution inférieure à 20 micromètres – même si les objets sont situés à plusieurs mètres du détecteur. L'innovation a été publiée le 29 juin 2026 dans la revue scientifique Nature Communications. Elle surmonte un obstacle qui a duré des décennies dans l'imagerie neutronique et ouvre de nouvelles possibilités pour observer les processus à l'intérieur d'appareils tels que les fours, les cryostats ou les batteries.

Personnes

  • Joan Vila-Comamala (scientifique, chef d'équipe, PSI Center for Photon Science)
  • Mano Raj Dhanalakshmi Veeraraj (auteur principal de l'étude, doctorant au PSI)

Thèmes

  • Imagerie neutronique
  • Recherche sur les matériaux
  • Optique et nanostructuration
  • Infrastructure de recherche

Clarus Lead

La lentille neutronique achromatique aborde un problème fondamental de la recherche moderne sur les matériaux : les neutrons permettent des examens non destructifs de structures que les rayons X ne peuvent pas pénétrer (comme le lithium dans les batteries ou l'hydrogène dans les polymères), mais ils étaient techniquement difficiles à focaliser. La percée au PSI permet désormais pour la première fois des observations en temps réel des changements de matériaux dans des conditions de fonctionnement réalistes – pertinent pour le développement des batteries et des moteurs ainsi que pour l'archéologie. La Source de spallation européenne ESS en Suède tient déjà compte de ces exigences dans sa planification.

Résumé détaillé

Le défi central résidait dans le fait que les faisceaux neutroniques sont composés de neutrons avec de nombreuses longueurs d'onde différentes. Les concepts de lentilles précédents ne pouvaient pas diriger toutes les longueurs d'onde simultanément vers un foyer – un problème qui est resté non résolu pendant des décennies. Sans lentilles, les échantillons devaient être placés directement à côté du détecteur, ce qui limitait fortement la résolution réalisable et la taille des objets pouvant être imagés.

La nouvelle lentille se compose d'anneaux concentriques de nickel et de structures de diamant précisément formées dans une géométrie définie. Contrairement aux lentilles optiques conventionnelles, elle utilise à la fois la diffraction (par les anneaux de nickel) et la réfraction (par les structures de diamant) pour produire l'image agrandie. Les fines structures de nickel – partiellement inférieures à 200 nanomètres – ont été créées par lithographie par faisceau d'électrons dans les salles blanches PICO du PSI ; les composants en diamant ont été fabriqués par l'entreprise suisse SYNOVA S.A.

Lors du test, les chercheurs ont radiographié une batterie lithium-ion commerciale et agrandi la structure en couches des électrodes sept fois – à une distance de 6 mètres du détecteur. À l'avenir, cela pourrait permettre d'observer les changements structurels dans les moteurs en fonctionnement ou d'autres processus dynamiques dans la matière dense. La technologie s'appuie sur un succès antérieur : en 2022, la même équipe a déjà développé une lentille à rayons X achromatique pour les installations de synchrotron. La combinaison de l'expertise en optique des rayons X et en imagerie neutronique – toutes deux basées au PSI – a permis cette percée.

Points clés

  • La lentille neutronique achromatique focalise pour la première fois un large spectre de longueurs d'onde neutroniques sur un point et produit des images avec une résolution inférieure à 20 micromètres.
  • La technologie permet l'examen de structures denses et métalliques (batteries, moteurs) dans des conditions de fonctionnement réalistes sans destruction.
  • Les nouvelles installations de recherche comme l'ESS en Suède sont déjà alignées sur les lignes de faisceau plus longues qui exploitent le potentiel complet de la lentille.

Questions critiques

  1. Preuve/qualité des données : Le test sur une seule batterie lithium-ion montre la faisabilité – mais à quel point la lentille est-elle robuste pour différentes énergies neutroniques et types de matériaux ? Quels taux d'erreur ont été mesurés dans les tests de répétition ?

  2. Conflits d'intérêts : Le PSI développe, construit et exploite les installations de recherche (SINQ, SLS) sur lesquelles la lentille a été testée. À quel point l'évaluation des performances est-elle indépendante, et existe-t-il des validations externes par d'autres sources de neutrons ?

  3. Causalité/alternatives : Le texte mentionne des obstacles qui ont duré des décennies – les approches alternatives (par exemple, détecteurs multiples, reconstruction informatique) ont-elles été systématiquement exclues, ou la lentille achromatique n'est-elle qu'une des plusieurs voies possibles ?

  4. Faisabilité/risques : Les structures de nickel sont inférieures à 200 nanomètres. À quel point ces structures sont-elles stables sous rayonnement neutronique sur une période prolongée ? Quels cycles d'entretien et de remplacement sont à prévoir ?

  5. Scalabilité : La lentille peut-elle être mise à l'échelle pour des énergies neutroniques plus élevées ou des ouvertures plus grandes, ou existe-t-il des limites physiques ?

  6. Coûts et accessibilité : Quels coûts de fabrication se posent, et ces lentilles seront-elles disponibles pour les établissements de recherche internationaux, ou resteront-elles exclusives au PSI ?

Répertoire des sources

Source primaire : Lentille unique au monde qui met davantage l'accent sur les neutrons – Institut Paul Scherrer PSI https://www.news.admin.ch/de/newnsb/d5HKiqKUjY1Xn072XMdZX

Publication scientifique : Dhanalakshmi Veeraraj M, Raj D, Chen H-Y, Strebel S, Qi P, Fedrigo A, et al. (2026). An achromatic neutron lens. Nature Communications, 29 juin 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-74925-w

Statut de vérification : ✓ 14.07.2026

Ce texte a été créé avec l'aide d'un modèle d'IA. Responsabilité éditoriale : clarus.news | Vérification des faits : 14.07.2026